河滨修复湿地甲烷排放及其影响因素试验研究

【摘要】：河滨湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用。河滨湿地在固碳的同时还会释放温室气体,因此其碳源和碳汇功能成为全球气候变化的重点研究问题之一。而甲烷作为主要温室气体之一,对全球温室气体排放的贡献率高达20-39%。近年来,针对人类活动导致河滨湿地结构与功能退化的情况,世界各国都在积极采取措施新建和修复河滨湿地,以恢复其生态服务功能。目前,新建和修复河滨湿地在净化水质、面源污染治理等方面已有较多的研究,然而其甲烷排放的情况还不明确。 本文以自行设计和建造的河滨湿地为研究对象,针对其主要可控因素——植物配置及水文条件进行人为调控,并配合外加碳源手段,开展修复河滨湿地的甲烷排放现场试验工作,以研究河滨修复湿地在不同条件下的甲烷排放规律,探讨减少甲烷排放的调控途径,为河滨湿地的优化设计和有效管理提供科学依据。 主要研究结果如下： (1)不同植被类型甲烷排放通量的对比分析结果显示,通气组织较发达的芦苇和水葱表现出较低的甲烷排放,仅为黄菖蒲的30%左右,说明通气组织可能对甲烷排放具有抑制作用。植株密度较大的情况下可能会促进甲烷排放,因为较高的植株密度会产生更多的凋落物和分泌物,增加土壤有机碳的累积,为甲烷产生提供更多基质,另一方面,可以为甲烷传输提供更多的通道,导致甲烷排放量增多。 (2)在水位为-20～+20cm之间,甲烷排放通量与水位高度显著正相关,甲烷排放通量随着水位的升高而呈指数增加,说明水位升高会明显促进甲烷排放。-20-0cm水位仅表现出少量甲烷排放,三者之间无显著差异(P0.05),但与10cm和20cm水位的甲烷排放量差异显著,说明淹水环境是促使甲烷产生的必要条件,且随着水位的升高,其对甲烷排放促进作用的贡献率也会增加。 (3)湿地淹水时间的长短会对甲烷排放量产生显著影响。当水位达到0cm以上后,甲烷排放量随着淹水时间变长而逐渐增加,在淹水20多天后达到峰值,之后呈现出降低的趋势。 (4)添加130g/kg和260g/kg有机碳时的甲烷排放量均高于空白对照,且甲烷排放量随着外源碳用量的增加而明显增加。说明添加外源碳能有效促进湿地甲烷排放,且促进效果与外源碳的用量有关。 (5)选择通气组织相对发达的植被,适当降低湿地水位,减少湿地持续淹水时间或采用间歇性淹水方式,延缓或抑制湿地土壤中有机碳的累积,都能有效降低湿地甲烷的排放。 【关键词】：甲烷 河滨湿地 新建和修复 水文 植被 土壤
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X51;X171
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究进展13-24
• 1.2.1 河滨湿地概述13-15
• 1.2.2 河滨湿地甲烷排放机理15-16
• 1.2.3 自然河滨湿地甲烷排放情况16-18
• 1.2.4 新建和修复河滨湿地甲烷排放情况18-20
• 1.2.5 新建和修复河滨湿地的甲烷排放影响因子20-24
• 1.3 研究目的及意义24
• 1.4 研究内容24-25
• 1.5 技术路线25-26
• 第二章 实验设计与研究方法26-35
• 2.1 试验基地概况26-28
• 2.2 实验设计28-31
• 2.3 气体采集与分析方法31-33
• 2.3.1 气体采集31-32
• 2.3.2 样品分析32-33
• 2.3.3 环境因子测定33
• 2.4 数据分析方法33-35
• 第三章 植被配置对河滨修复湿地甲烷排放的影响35-47
• 3.1 实验方法35-36
• 3.1.1 实验设计35-36
• 3.1.2 气体采集与分析方法36
• 3.1.3 植被特征参数的测定36
• 3.1.4 环境因子测定36
• 3.2 结果36-42
• 3.2.1 甲烷排放的季节变化动态36-40
• 3.2.2 不同类型植被的甲烷排放情况40-41
• 3.2.3 不同密度植被的甲烷排放情况41-42
• 3.3 讨论42-45
• 3.3.1 甲烷排放的季节变化规律42-44
• 3.3.2 植被类型对甲烷排放的影响44
• 3.3.3 植被密度对甲烷排放的影响44-45
• 3.4 小结45-47
• 第四章 水文调控对河滨修复湿地甲烷排放的影响47-59
• 4.1 实验方法47-48
• 4.1.1 实验设计47-48
• 4.1.2 气体采集与分析方法48
• 4.1.3 环境因子测定48
• 4.2 结果48-54
• 4.2.1 甲烷排放的季节变化动态48-50
• 4.2.2 水位高度与甲烷排放通量的关系50-51
• 4.2.3 不同水位条件土壤理化性质的变化51-52
• 4.2.4 淹水时间与甲院排放通量的关系52-54
• 4.3 讨论54-57
• 4.3.1 水位变化对甲烷排放的影响54-55
• 4.3.2 土壤含水率对甲烷排放的影响55
• 4.3.3 土壤氧化还原电位对甲烷排放的影响55-56
• 4.3.4 淹水时间对甲烷排放的影响56-57
• 4.4 小结57-59
• 第五章 土壤外源碳对河滨修复湿地甲烷排放的影响59-66
• 5.1 实验方法59
• 5.1.1 实验设计59
• 5.1.2 气体采集与分析方法59
• 5.1.3 环境因子测定59
• 5.2 结果59-61
• 5.2.1 甲烷排放与外源碳的关系59-61
• 5.3 讨论61-65
• 5.3.1 不同碳源添加条件下水位对甲烷排放的影响61-62
• 5.3.2 外源碳含量对甲烷排放的影响62-63
• 5.3.3 不同碳源添加条件下土壤理化性质与甲烷排放的相关性63-65
• 5.4 小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 研究结论66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 参考文献68-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77

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